الهيدروجين وقود المستقبل
لا ريب أن هذه العبارة ترددت إلى مسامعك عشرات المرات لكن إذا كان الهيدروجين كوقود يحمل من الصفات الواعدة التي جعلت الجميع يتنبأ له بمستقبل باهر فلماذا لم يتبن موهبته تلك أحدٌ بعد؟
بداية عزيزي القارئ اسمح لي أن أعطيك نُبْذَة بسيطة عن السيرة الذاتية للهيدروجين لتفهم ما هي طاقة الهيدروجين
الهيدروجين (H2) هو غاز عديم اللون و الرائحة و الطعم وقابل للاشتعال وهو أبسط العناصر الكيميائية وأصغرها وأخفها وبالرغم من أنه العنصر الأوفر في الكون فإنه لا يشكل منفرداً سوى 0.14 من قشرة الأرض من ناحية الوزن، فإنه يكون مع العناصر الأخرى كَمّيَّة هائلة من المركبات فيرتبط بالأكسجين ويكون الماء ويرتبط بالكربون ليكون المواد العضوية الموجودة في الخلايا الحيوانية والنباتية و البِترول والفحم.
يحترق الهيدروجين بعنف إذا التقى مع الأكسجين وينتج جزيء الماء وطاقة ولا يطلق أي عادم هذا يعني أنه يعد وقود نظيف تماماً .
طرق إنتاج الهيدروجين
يمكن إنتاج الهيدروجين من مجموعة متنوعة من الموارد المحلية ، مثل الغاز الطبيعي والطاقة النووية والكتلة الحيوية والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. هذه الصفات تجعله خيارا جذابا للوقود لتطبيقات النقل وتوليد الكهرباء. يمكن استخدامه في السيارات والمنازل وفي العديد من التطبيقات الأخرى.
الهيدروجين هو ناقل للطاقة يمكن استخدامه لتخزين ونقل وتوصيل الطاقة المنتجة من مصادر أخرى فيمكن مثلاً استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات
اليوم، يمكن إنتاج وقود الهيدروجين بواسطة عدة طرق. أكثر الطرق شيوعا اليوم هي إصلاح الغاز الطبيعي (عملية حرارية) ثم التحليل الكهربائي. وتشمل الطرق الأخرى العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية والعمليات البيولوجية.
أنواع الهيدروجين
بالرغم من أن الهيدروجين هو غاز عديم اللون ، يصنف الهيدروجين مجازاً باستخدام طيف من الألوان للتعبير عن عمليات الانتاج المختلفة وللتفريق بين العمليات النظيفة والأقل نظافة في الإنتاج :-
1. الهيدروجين الأزرق (إنتاج وقود الهيدروجين باستخدام الغاز الطبيعي)
يتم إنتاج الهيدروجين الأزرق بشكل أساسي من الغاز الطبيعي، باستخدام عملية تسمى إصلاح البخار ، التي تجمع بين الغاز الطبيعي والماء الساخن في شكل بخار. الناتج هو الهيدروجين – ولكن أيضا ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي يتم التقاطه واحتجازه في باطن الأرض.
يوصف الهيدروجين الأزرق أحيانا بأنه “هيدروجين منخفض الكربون” لأن عملية إصلاح البخار لا تتجنب في الواقع تكوين غازات الدفيئة.
يمكن إصلاح العديد من أنواع الوقود الهيدروكربوني لإنتاج الهيدروجين ، بما في ذلك الغاز الطبيعي أو الديزل أو الوقود الحيوي أو الفحم الغازي أو الكتلة الحيوية الغازية. اليوم ، يتم إنتاج حوالي 95 ٪ من جميع الهيدروجين من إصلاح البخار للغاز الطبيعي.
2. الهيدروجين الرمادي
حاليا ، هذا هو الشكل الأكثر شيوعا لإنتاج الهيدروجين. يتم إنشاء الهيدروجين الرمادي من الغاز الطبيعي ، أو الميثان ، باستخدام إصلاح الميثان بالبخار ولكن دون التقاط غازات الدفيئة الناتجة في هذه العملية.
3. الهيدروجين الأخضر (إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربي والطاقة المتجددة)
يمكن فصل الماء إلى أكسجين وهيدروجين بواسطة عملية تسمى التحليل الكهربائي حيث يتم إمرار تيار كهربي في محلول ملحي لإنتاج الهيدروجين. من الممكن أيضاً إنتاج الكهرباء المستخدمة بألواح شمسية أو توربينات الرياح ثم استخدام الكهرباء لإنتاج الهيدروجين لتخزين الطاقة كبديل للبطاريات سريعة التلف باهظة الثمن في هذه الحالة يسمى الهيدروجين بالهيدروجين الأخضر نظراً لعدم وجود انبعاثات ضارة خلال مراحل إنتاجه.
4. الهيدروجين الأسود والبني
هو الهيدروجين الذي يتم انتاجه باستخدام الفحم الأسود أو الليغنيت (الفحم البني)، هذا الهيدروجين الأسود والبني هو النقيض المطلق للهيدروجين الأخضر والأكثر ضررا بالبيئة.
لتوضيح الأمور ، فإن أي هيدروجين مصنوع من وقود أحفوري بواسطة عملية “التغويز” يسمى أحيانا الهيدروجين الأسود أو البني بالتبادل.
أعلنت اليابان وأستراليا منذ عهد قريب عن مشروع جديد لتحويل الفحم البني إلى الهيدروجين. سيستخدم هذا المشروع الفحم البني في أستراليا لإنتاج الهيدروجين المسال ، الذي سيتم شحنه بعد ذلك إلى اليابان للاستخدام منخفض الانبعاثات.
5. الهيدروجين الوردي
يتم توليد الهيدروجين الوردي بواسطة التحليل الكهربائي المدعوم بالطاقة النووية. يعرف الهيدروجين المنتج نوويا أيضاً باسم الهيدروجين الأرجواني أو الهيدروجين الأحمر.
فضلاً على ذلك ، يمكن استخدام درجات الحرارة المرتفعة جدا من المفاعلات النووية في إنتاجات الهيدروجين الأخرى عن طريق إنتاج البخار من أجل تحليل كهربائي أكثر كفاءة أو إصلاح الميثان البخاري القائم على الغاز الأحفوري.
6. الهيدروجين الفيروزي
هذا إدخال جديد في مخططات ألوان الهيدروجين ولم يتم إثبات الإنتاج على نطاق واسع. يصنع الهيدروجين الفيروزي باستخدام عملية تسمى الانحلال الحراري للميثان لإنتاج الهيدروجين والكربون الصلب. في المستقبل ، قد يتم تقييم الهيدروجين الفيروزي على أنه هيدروجين منخفض الانبعاثات ، يعتمد على العملية الحرارية التي يتم تشغيلها بالطاقة المتجددة والكربون الذي يتم تخزينه أو استخدامه بشكل دائم.
7. الهيدروجين الأصفر
الهيدروجين الأصفر هو عبارة جديدة نسبيا للهيدروجين المصنوع باستعمال التحليل الكهربائي للكهرباء الناتجة عن الطاقة الشمسية.
8. الهيدروجين الأبيض
الهيدروجين الأبيض هو هيدروجين جيولوجي طبيعي موجود في الرواسب الجوفية ويتم إنشاؤه بواسطة التكسير. لا توجد استراتيجيات لاستغلال هذا الهيدروجين في الوقت الحاضر.
9. الهيدروجين الذهبي (إنتاج وقود الهيدروجين بالبكتيريا والطحالب)
تستخدم العمليات البيولوجية الميكروبات مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة ويمكن أن تنتج الهيدروجين بواسطة التفاعلات البيولوجية. في تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية، تقوم الميكروبات بتكسير المواد العضوية مثل الكتلة الحيوية أو مياه الصرف الصحي لإنتاج الهيدروجين، بينما في العمليات البيولوجية الضوئية تستخدم الميكروبات ضوء الشمس كمصدر للطاقة.
مميزات الهيدروجين كوقود
- الهيدروجين منتج واعد للغاية وهو بديل جيد للوقود الأحفوري في المستقبل
- لا ينتج الهيدروجين سوى الماء فقط ولا ينتج عنه أي انبعاثات أو تلوث .
- القيمة الحرارية التي ينتجها الهيدروجين مرتفعة للغاية قد تعادل ضعف القيمة الحرارية الناتجة عن وقود الطائرات
عيوب استخدام الهيدروجين كوقود
- سعر وقود الهيدروجين لا يزل مرتفعاً مقارنة بالمصادر الأخرى وتتطلب الكثير من الوقت مثل التحليل الكهربي
- الهيدروجين غاز لذا يأخذ حجماً كبيراً ويتطلب خزانات كبيرة مقارنة بالوقود السائل
- الهيدروجين له قابلية عالية للانفجار في حضور الأكسجين حتى مع أقل شرارة
- لا يحترق الهيدروجين ببطء
- بسبب العوامل السابقة فإن تكلفة نقله مرتفعة وتتطلب تجهيزات خاصة
خلاصة
الهيدروجين وقود ممتاز ومصدر نظيف للطاقة لكن يعيبه تكلفة إنتاجه وخطورته بسبب قوة وسرعة احتراقه، إذا تمكننا من تجاوز هذان العاملان فسيسود الهيدروجين مستقبل الطاقة في المستقبل حتماً.
مصادر
https://www.britannica.com/science/hydrogen
The hydrogen colour spectrum | National Grid Group
